文档介绍：近代物理实验报告指导教师: 得分:实验时间:2010年03月24日,第四周,周三,第5-8节实验者:班级材料0705学号姓名童凌炜同组者:班级材料0705学号姓名车宏龙实验地点:综合楼501实验条件:室内温度℃,相对湿度%,室内气压实验题目: 晶体的电光效应与光电调制实验目的:掌握电光调制的原理和实验方法学****测量电光晶体半波电压和光电常数的试验方法观察电光晶体的锥光干涉实验仪器:晶体电光调制电源调制器接收放大器实验原理简述:某些晶体在外加电场的作用下,其折射率将随着外加电场的变化而变化,这种现象称为光电效应。晶体外加电场后,如果折射率变化与外加电场的一次方成正比,则称为一次电光效应,如果折射率变化与外加电场的二次方成正比,则称为二次电光效应。晶体的一次光电效应分为纵向电光效应和横向电光效应一次电光效应和晶体的折射率椭球对于电光晶体,晶体在某一方向上的折射率为n0,外加电场后折射率为n,实验表明n=n0+aE0+bE02+…其中:a,b为常数;n0为E0=0使的折射率。由一次项引起的折射率变化的效应称为一次电光效应,也叫线性电光效应;由二次项引起的折射率变化的效应称为二次电光效应,也叫平方电光效应。未加电场时晶体的折射率椭球方程为晶体的三个主晶轴为x,y,z坐标轴,椭球的主轴与晶体主轴重合。式中n1,n2,n3分别为晶体三个主轴方向上的主折射率。如图5-2-1所示。当晶体加上电场后,折射率椭球的形状,大小,方位都发生变化,椭球方程变成此时,椭球主轴不在与x,y,z轴重合。由于晶体的各向异性,电场在x,y,z各个方向上的分量对椭球方程的各个系数的影响是不同的,用以下形式表示晶体的一次电光效应的普遍表达式,其中,γij叫做电光系数,共有18个,Ex,Ey,Ez是电场在x,y,z方向上的分量。本实验用的铌酸锂晶体外加电场后,晶体的一次电光系数矩阵为带入基本式,得到铌酸锂晶体加电场后的椭球方程变化后得即外加电压后,铌酸锂晶体变为双轴晶体,其折射率椭球z轴的方向和长度基本保持不变,而x,y界面由半径为n0的圆变为椭圆。电光调制原理横向光电调制如图5-2-3入射光经过起偏器后变为振动方向平行于x轴的线偏振光,他在晶体感应轴x’,y’上的投影的振幅和相位均相等,分别设为用复振幅表示,将位于晶体表面(z=0)的光波表示为所以入射光的强度为当光通过长为l的电光晶体后,x’,y’两分量之间产生相位差通过检偏器出射的光,是这两个分量在y轴上的投影之和其对应的输出光强It可写为由以上可知光强透过率为相位差的表达式当相位差为π时由以上各式可将透过率改写为可以看出改变V0或Vm,输出特性将相应变化。改变直流电压对输出特性的影响把V0=Vπ/2带入上式可得做近似计算得即T∝Vmsinwt时,调制器的输出波形和调制信号的波形频率相同,即线性调制如果Vm>Vπ,不满足小信号调制的要求,所以不能近似计算,此时展开为贝塞尔函数,即输出的光束中除了包含交流信号的基波外,还有含有奇次谐波。由于调制信号幅度比较大,奇次波不能忽略,这时,虽然工作点在线性区域,但输出波形依然会失真。图5-2-5当V0=0或π;Vm《Vπ时,将V0=0带入到上式得即T∝cos2wt,可以看出输光是调制信号的二倍,即产生倍频失真。当V0=Vπ,Vm《Vπ时。经过类似推到,可得即依然看到的是倍频失真的波形。用λ/4波片来进行光学调制由上面的分析可知,在电光调制中,直流电压V0的作用是使晶体在x’,y’两偏振方向的光之间产生固定的相位差,从而使正弦调制工作在光强调制曲线图上的不同点。在实验中V0的作用可以用λ/4波片来实现,实验中在晶体与检偏器之间加入λ/4波片,调整λ/4波片的快慢轴方向使之与晶体的x’,y’轴平行,转动波片,可以使电光晶体工作在不同的工作点上。实验步骤简述:实验内容观察晶体的锥光干涉图分别用极值法和调制法测定铌酸锂晶体的透过率曲线,求出半波电压改变直流电压,选择不同工作点,观察正弦波电压的调制特性用λ/4波片改变工作点,观察输出特性光通信演示实验步骤打开电源开关,将直流电压调到0,打开激光器调节起偏器和检偏器正交,此时在晶体后的白屏上可以观察到一个暗‘十’字,光点在十字中间。紧靠晶体前端放一毛玻璃片,观察单轴晶体的锥光干涉图,如图5-2-8,记录干涉图样特点调节‘偏压’旋钮,加上偏压,观察锥光干涉图样的变化情况,记下变化情况,想一想说明什么问题改变偏压的极性,记下观察到的现象改变偏压的大小,记下观察到的现象,并解释为什么出现这样的现象将两个偏振片由正交改变平行,记下观察到的现象用极值法测T-V曲线,具体步骤如下将电压调到最小,两偏振片正交,使锥光符合(3)中的要求取出毛玻璃,接收器瞄准广电,在晶体上加直流电压逐渐增大直流电压,用万用表测量直流输出,适当旋转起偏器前的检光片,保证